劍麻纖維活性炭復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和各種便攜電子設(shè)備的普及，高容量的鋰離子電池成為全世界關(guān)注和追逐的熱點(diǎn)。石墨是常見(jiàn)常用的鋰離子電池負(fù)極材料，其理論比容量為372mAh/g，無(wú)法滿足高比容量鋰二次電池的需求，所以研究開(kāi)發(fā)高比容量的負(fù)極材料成為趨勢(shì)和必然。生物質(zhì)原料主要由碳元素組成，在氮?dú)獾榷栊员Ｗo(hù)氣體的氛圍中以較低的溫度熱解和水熱處理可以制備得到炭材料。同時(shí)為了提高炭材料的物理化學(xué)性能，物理和化學(xué)活化也是必要的。有報(bào)道椰子殼、小麥殼、豆渣和蠶繭等生

2、物質(zhì)材料制備無(wú)定形碳。劍麻是廣西的特色植物，劍麻生命周期長(zhǎng)，來(lái)源豐富、可再生、易降解、無(wú)污染，因此對(duì)劍麻的利用和研究對(duì)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)有可持續(xù)發(fā)展意義。劍麻纖維是劍麻工業(yè)的主要副產(chǎn)品，是天然植物的高分子材料，內(nèi)部有很多自然孔隙，且在炭化后仍能夠保持其纖維形態(tài)，因此劍麻纖維具備成為高比容量鋰離子電池負(fù)極材料的潛在價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文利用劍麻纖維為原料制備劍麻纖維活性炭復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，研究制備條件對(duì)劍麻纖維活性炭

3、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響，確定最佳工藝條件;再利用制得的復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料組裝電池進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試方法研究復(fù)合材料的電化學(xué)性能，為劍麻纖維活性炭復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)室依據(jù)。
　　本論文在以下四個(gè)方面開(kāi)展了相關(guān)研究工作:
　　1.在不同溫度下直接熱解和熱解后再水熱處理的方法制備劍麻纖維活性炭(SFACs)。得到的劍麻纖維活性炭通過(guò)X射線衍射(XRD

4、)分析、比表面積(BET)測(cè)試、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察、循環(huán)伏安測(cè)試、充放電測(cè)試和電化學(xué)阻抗的方法來(lái)研究其電化學(xué)性能。劍麻纖維活性炭的結(jié)構(gòu)通過(guò)熱解溫度和水熱處理而改變，在900℃熱解后再水熱處理得到的劍麻纖維活性炭比其它樣品具有更多的微孔。電化學(xué)測(cè)試表明，在900℃熱解后再水熱處理得到的劍麻纖維活性炭具有較高的首次放電容量(998mAh/g)和較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻(90Ω)。
　　2.氧化鐵/劍麻纖維活性炭復(fù)合材料通過(guò)水熱處理

5、的方法制得。通過(guò)材料的表征和電化學(xué)測(cè)試，結(jié)果表明水熱溫度改變著氧化鐵的結(jié)構(gòu)。氧化鐵和劍麻纖維活性炭的復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，在電化學(xué)性能上發(fā)揮著協(xié)同效應(yīng)，在水熱溫度為120℃下制備的復(fù)合材料由α-FeOOH和α-Fe2O3組成，表現(xiàn)出較高的可逆放電比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　3.米用水熱處理結(jié)合煅燒的方法，制備了MoSe2-MoO2/劍麻纖維活性炭復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料。探索了不同的反應(yīng)物比例、水熱溫度和水熱時(shí)

6、間對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，得到了合適的制備條件。最終得到的MoSe2-MoO2/劍麻纖維活性炭復(fù)合材料通過(guò)恒流充放電測(cè)試，在50mA/g的電流密度下，首次放電比容量為724mAh/g，30個(gè)循環(huán)之后的比容量仍基本保持在494mAh/g。
　　4.在水熱環(huán)境中采用化學(xué)合成的方法制備單質(zhì)硫，單質(zhì)硫大量附著在劍麻纖維活性炭表面以及內(nèi)部形成硫/劍麻纖維活性炭復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，一方面分散在劍麻纖維活性炭中的單質(zhì)硫提高了材料的比